Il dispositivo e il principio di funzionamento dell'impianto idroelettrico

Sin dai tempi antichi, le persone hanno usato la forza motrice dell'acqua. Macinavano la farina in mulini alimentati da correnti d'acqua, trasportavano pesanti tronchi d'albero a valle e generalmente utilizzavano l'energia idroelettrica per un'ampia varietà di compiti, compresi quelli industriali.

Le prime centrali idroelettriche

Alla fine del XIX secolo, con l'inizio dell'elettrificazione delle città, le centrali idroelettriche cominciarono a guadagnare molto rapidamente popolarità nel mondo. Nel 1878 apparve in Inghilterra la prima centrale idroelettrica al mondo, che allora alimentava solo una lampada ad arco nella galleria d'arte dell'inventore William Armstrong ... E nel 1889 c'erano già 200 centrali idroelettriche solo negli Stati Uniti.

Uno dei passi più importanti nello sviluppo dell'energia idroelettrica fu la costruzione della diga di Hoover negli Stati Uniti negli anni '30. Per quanto riguarda la Russia, già nel 1892 qui in Rudnia Altai sul fiume Berezovka fu costruita la prima centrale idroelettrica a quattro turbine con una capacità di 200 kW, progettata per fornire elettricità per il drenaggio della miniera di Ziryanovsky.Quindi, con lo sviluppo dell'elettricità da parte dell'uomo, le centrali idroelettriche hanno segnato il rapido ritmo del progresso industriale.

Il principio di funzionamento della centrale idroelettrica

Oggi i moderni impianti idroelettrici sono enormi strutture con un gigawatt di capacità installata. Tuttavia, il principio di funzionamento di qualsiasi impianto idroelettrico rimane generalmente abbastanza semplice e quasi esattamente lo stesso ovunque. La pressione dell'acqua applicata alle pale della turbina idraulica ne provoca la rotazione e la turbina idraulica, a sua volta, collegata al generatore, fa girare il generatore. Il generatore genera elettricità che e alimentato alla stazione di trasformazione e quindi alla linea elettrica.

Rotore dell'idrogeneratore:

Nella sala turbine della centrale idroelettrica sono installate unità idrauliche che convertono l'energia del flusso d'acqua in elettricità, e si trovano tutti i dispositivi di distribuzione necessari, nonché i dispositivi di controllo e monitoraggio per il funzionamento della centrale idroelettrica direttamente nell'edificio della centrale idroelettrica.

La resa di un impianto idroelettrico dipende dalla quantità e dalla pressione dell'acqua che passa attraverso le turbine. La pressione diretta si ottiene grazie al movimento diretto del flusso d'acqua. Può trattarsi di acqua accumulata sulla diga quando una diga viene costruita in una particolare posizione sul fiume, oppure la pressione si verifica a causa della deviazione del flusso, ovvero quando l'acqua viene deviata dal canale attraverso uno speciale tunnel o canale. Quindi, le centrali idroelettriche sono diga, derivata e diga.

Gli impianti idroelettrici diga più comuni si basano su una diga che blocca il letto del fiume.Dietro la diga l'acqua sale, si accumula, creando una sorta di colonna d'acqua che fornisce pressione e pressione. Più alta è la diga, più forte è la pressione. La diga più alta del mondo, con i suoi 305 metri di altezza, è la diga Jinping da 3,6 GW sul fiume Yalongjiang nel Sichuan occidentale, nel sud-ovest della Cina.

Gli impianti idroelettrici sono di due tipi. Se il fiume ha una leggera inclinazione, ma è relativamente abbondante, allora con l'aiuto di una diga che blocca il fiume, viene creata una differenza sufficiente nei livelli dell'acqua.

Sopra la diga si forma un serbatoio che garantisce un funzionamento uniforme della stazione durante tutto l'anno. In prossimità dell'argine sotto la diga, nelle immediate vicinanze di essa, è installata una turbina idraulica, collegata ad un generatore elettrico (vicino alla stazione della diga).Se il fiume è navigabile, viene realizzata una chiusa sulla sponda opposta per il passaggio di navi.

Se il fiume non è molto ricco d'acqua, ma ha una grande immersione e una corrente veloce (ad esempio fiumi di montagna), allora parte dell'acqua viene deviata lungo un apposito canale, che ha una pendenza molto inferiore rispetto al fiume. Questo canale a volte è lungo diversi chilometri. A volte le condizioni del campo costringono a sostituire il canale con un tunnel (per le centrali elettriche). Ciò crea un notevole dislivello tra lo sbocco del canale e la valle del fiume.

Al termine del canale l'acqua entra in un condotto a forte pendenza, all'estremità inferiore del quale si trova una turbina idraulica con generatore. A causa del notevole dislivello, l'acqua acquista una grande energia cinetica, sufficiente ad alimentare la stazione (stazioni di derivazione).

Tali centrali possono avere una grande capacità e appartenere alla categoria delle centrali elettriche regionali (cfr. Piccoli impianti idroelettrici).Negli impianti più piccoli, la turbina è talvolta sostituita da una ruota idraulica meno efficiente ed economica.

La costruzione della centrale idroelettrica di Zhigulev dalle sorgenti

Schema schematico dei collegamenti elettrici dello Zhigulev HPP

Una sezione della costruzione della centrale idroelettrica di Zhigulev. 1 - uscite per l'apertura di RU 400 kV; 2 - piano di cavi da 220 e 110 kV; 3 - pavimento delle apparecchiature elettriche, 4 - apparecchiature di raffreddamento del trasformatore; 5 - canali bus che collegano gli avvolgimenti di tensione del generatore dei trasformatori in "triangoli"; 6 - una gru con una capacità di carico di 2X125 tonnellate; 7 - una gru con una capacità di carico di 30 tonnellate; 8 - una gru con una capacità di carico di 2X125 t; 9 — struttura di contenimento dei rifiuti; 10 - una gru con una capacità di carico di 2X125 tonnellate; 11 - lingua di metallo; 12 - una gru con una capacità di carico di 2X125 tonnellate.

Lo Zhigulev HPP è il secondo impianto idroelettrico più grande d'Europa, nel 1957-1960 era il più grande impianto idroelettrico del mondo.

La prima unità della stazione con una capacità di 105mila KW fu messa in funzione alla fine del 1955, nel 1956 furono messe in funzione altre 11 unità per 10 mesi. 1957 - le restanti otto unità.

Un gran numero di nuovi impianti energetici, in alcuni casi unici, sono stati installati e sono in funzione presso le centrali idroelettriche.

Tipi di centrali idroelettriche e loro dispositivi

L'impianto idroelettrico comprende, oltre alla diga, un fabbricato e un quadro elettrico. L'attrezzatura principale della centrale idroelettrica si trova nell'edificio, qui sono installate turbine e generatori. Oltre alla diga e all'edificio, la centrale idroelettrica può avere chiuse, sfioratori, passaggi per pesci e ascensori per barche.

Ogni centrale idroelettrica è una struttura unica, quindi la principale caratteristica distintiva delle centrali idroelettriche da altri tipi di centrali industriali è la loro individualità. A proposito, il più grande bacino idrico del mondo si trova in Ghana, è il bacino idrico di Akosombo sul fiume Volta. Copre 8.500 chilometri quadrati, ovvero il 3,6% dell'intera superficie del paese.

Se lungo l'alveo è presente una pendenza significativa, viene realizzata una centrale idroelettrica di derivazione. Non è necessario costruire un grande serbatoio per le dighe, ma l'acqua viene diretta solo attraverso canali o tunnel appositamente eretti direttamente all'edificio della centrale.

Piccoli bacini di regolazione giornaliera sono talvolta disposti in centrali idroelettriche derivate, che consentono di controllare la pressione e quindi la quantità di elettricità generata, in funzione del sovraccarico della rete elettrica.

Gli impianti di pompaggio (PSPP) sono un tipo speciale di impianto idroelettrico. Qui, la stazione stessa è progettata per appianare le fluttuazioni giornaliere e i picchi di carico sistema di alimentazione, e quindi migliorare l'affidabilità della rete elettrica.

Tale stazione può funzionare sia in modalità generatore che in modalità accumulo, quando le pompe pompano acqua nel bacino superiore dal bacino inferiore. Un bacino in questo contesto è un oggetto bacino che fa parte di un serbatoio e adiacente a una centrale idroelettrica: a monte è a monte, a valle è a valle.

Un esempio di impianto di stoccaggio con pompaggio è il Taum Sauk Reservoir nel Missouri, costruito a 80 chilometri dal Mississippi, con una capacità di 5,55 miliardi di litri, che consente al sistema elettrico di fornire una capacità di picco di 440 MW.